消除井下潮濕環(huán)境對(duì)高分辨電法儀干擾的應(yīng)用

王波波

摘 要：介紹了高分辨電法超前探測技術(shù)的工作原理，通過分析在山東唐口煤業(yè)有限公司礦井煤巷和巖巷不同條件下的應(yīng)用情況與井上條件對(duì)比，歸納總結(jié)出井下環(huán)境的主要干擾因素，并提出有效便捷的解決方案，提高了高分辨電法技術(shù)可靠性和適應(yīng)性，為井下水害預(yù)測和防治提供可靠依據(jù)。

關(guān)鍵詞：高分辨電法；潮濕環(huán)境；低阻值

引言

水害是影響礦井安全生產(chǎn)的五大災(zāi)害之一。在礦井生產(chǎn)中，及時(shí)查明采掘工作面前方及頂?shù)装甯凰惓^(qū)位置時(shí)煤礦安全生產(chǎn)亟待解決的問題。近幾年，高分辨電法超前探技術(shù)等井下電法探測技術(shù)由于具有成本低、效率高、探測距離長等優(yōu)點(diǎn)，已成為煤礦水害探測首選。隨著技術(shù)的應(yīng)用，其在井下應(yīng)用中受干擾因素影響，實(shí)際操作難度大、數(shù)據(jù)采集可靠性差等問題也隨之暴露出來。

筆者通過分析在山東唐口煤業(yè)有限公司礦井煤巷和巖巷不同條件下的應(yīng)用情況與井上條件對(duì)比和反復(fù)驗(yàn)證，歸納總結(jié)出井下環(huán)境的主要干擾因素為巷道大面積積水等潮濕環(huán)境，通過無損改進(jìn)設(shè)備和優(yōu)化操作技術(shù)有效消除了該因素的干擾，提高了探測效率和精度。

1 高分辨電法儀的工作原理

高分辨法三級(jí)超前探測技術(shù)是井下直流電法的一種，是利用不同巖石間或礦石與圍巖之間的電位差異，在地面上借助研究天然的或人工方法建立的電場或電磁場的分布規(guī)律來查明地質(zhì)構(gòu)造或?qū)ふ矣杏玫V產(chǎn)的一類地球勘探方法。它以巖石的電性差異為基礎(chǔ)，電流通過布置在巷道內(nèi)的供電電極在巷道周圍巖層中建立起全空間穩(wěn)定電場。通過在掘進(jìn)工作面順著巷道向掘進(jìn)后方每隔4m布設(shè)三個(gè)供電電極A1、A2、A3，每個(gè)供電電極形成一個(gè)點(diǎn)電源場，并在距離第三個(gè)供電電極4m的同一直線上向掘進(jìn)后方每隔4m布置32個(gè)測量電極M1～M32，在距離供電電極約300～500m的后方布置無窮遠(yuǎn)電極B（電極布置方式見圖1）。施工時(shí)，先給第一個(gè)供電電極A1供電，自動(dòng)記錄下各個(gè)測量電極的供電電流、電位差、樁號(hào)、電極距等數(shù)據(jù)，自動(dòng)斷開供電電極A1，然后分別自動(dòng)接通供電電極A2、A3測量并記錄各相關(guān)數(shù)據(jù)，完成所有的設(shè)計(jì)觀測點(diǎn)。超前探測通過向下供電，形成穩(wěn)定的人工電場，通過測量電極接收數(shù)據(jù)，來探測供電電極A1前方14～118m范圍內(nèi)的含導(dǎo)水構(gòu)造的發(fā)育情況。根據(jù)視電阻率剖面圖分析低阻異常區(qū)的分布情況，以確定巷道前方的含水陷落柱及含水構(gòu)造的發(fā)育情況，為生產(chǎn)提供準(zhǔn)確的地質(zhì)及水文地質(zhì)資料。

圖1 電極布置方式示意圖

2 高分辨電法井下干擾因素發(fā)現(xiàn)與分析

唐口煤業(yè)自引進(jìn)高分辨電法儀堅(jiān)持“預(yù)測預(yù)報(bào)、有疑必探、先探后掘、先治后采”的探放水原則，先后進(jìn)行高分辨超前探測20余次，有效探測距離達(dá)2400m，多次準(zhǔn)確預(yù)測富水異常區(qū)。在該技術(shù)應(yīng)用中經(jīng)過不斷摸索和探討發(fā)現(xiàn)，高分辨電法儀在煤巷與巖巷中使用存在巨大的差異，主要表現(xiàn)在：煤巷中完成電極布設(shè)經(jīng)對(duì)電極附近注水處理，通過調(diào)節(jié)儀器配備的限流盒阻值，能順利通過電極發(fā)射與接收檢測，且在實(shí)測中發(fā)射電極電流一般穩(wěn)定在45～60mA，能夠采集到質(zhì)量比較高的數(shù)據(jù)；在巖巷中按與煤巷相同的操作步驟，調(diào)節(jié)限流盒阻值至最大檔2KΩ，發(fā)射電極電流很難穩(wěn)定在30mA以上，且三個(gè)發(fā)射電極發(fā)射電流變化較大，即便能勉強(qiáng)通過檢查，在施工至第二個(gè)發(fā)射電極時(shí)，發(fā)射電流突然減小為2mA左右，甚至出現(xiàn)無法采集合格的數(shù)據(jù)，經(jīng)過反復(fù)重測方能完成一組數(shù)據(jù)的采集，而經(jīng)過反復(fù)復(fù)位，勢必影響數(shù)據(jù)的可靠程度，且大大降低了工作效率。

期間經(jīng)多次于相關(guān)科研單位聯(lián)系，均無很好的解決方案，經(jīng)歸納總結(jié)以往探測經(jīng)歷和反復(fù)進(jìn)行井下煤巖巷不同條件及地面試驗(yàn)對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)儀器出現(xiàn)發(fā)射電流在30mA以下的情況，主要出現(xiàn)在巷道大面積積水、頂板淋水較大、水溝內(nèi)水流不斷等潮濕環(huán)境，且以孔隙率較高的砂巖層位為主的全巖巷道。經(jīng)分析得出，導(dǎo)致發(fā)射電流低且不穩(wěn)定的原因?yàn)楝F(xiàn)場環(huán)境潮濕、阻值低，而無窮遠(yuǎn)距離和限流盒調(diào)節(jié)能力有限是導(dǎo)致該問題的主要原因。

3 高分辨電法井下干擾因素解決方案

在井上檢測儀器時(shí)，通過調(diào)節(jié)限流盒的電阻值，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電阻值調(diào)節(jié)至1KΩ時(shí)，三個(gè)發(fā)射電極的發(fā)射電流表現(xiàn)形式和井下檢測不合格的情況一致，當(dāng)在井上增大電阻值時(shí)，發(fā)射電流就可以達(dá)到30mA以上，也就是井下潮濕環(huán)境中，只要加大電阻值，限制發(fā)射限流保護(hù)，發(fā)射電流就能控制在30mA以上。為驗(yàn)證這一設(shè)想，在多次探測均未成功，環(huán)境潮濕的南部回風(fēng)大巷進(jìn)行試驗(yàn)。探測分為兩次，在電極布設(shè)條件相同的前提下，第一次僅用限流盒調(diào)節(jié)阻值，經(jīng)發(fā)射電極檢測發(fā)射電流最大值在20mA左右，且三個(gè)電極的差距較大，無法通過檢測；第二次通過在雙回路限流盒的兩個(gè)回路上分別加設(shè)2KΩ電阻，限流盒只需調(diào)整至1KΩ，三個(gè)發(fā)射電極的電流值可維持在50～60mA之間，且順利進(jìn)行了數(shù)據(jù)采集。（兩個(gè)如表1）

表1 發(fā)射電極檢測數(shù)據(jù)對(duì)比表

4 結(jié)束語

（1）高分辨電法儀由于自帶的限流電阻盒最大電阻為2KΩ，在井下潮濕的工作地點(diǎn)無法正常工作，通過在雙回路加裝同阻值電阻，可有效提高高分辨電法儀的適用范圍，可有效避免因作業(yè)環(huán)境惡劣造成儀器無法正常工作，提高工作效率、并可及時(shí)采集高質(zhì)量的原始數(shù)據(jù)，提高高分辨電法儀的探測精度，為井下水害預(yù)測和防治提供可靠依據(jù)。

（2）高分辨電法儀電極布設(shè)中需盡量選擇干燥地點(diǎn)布設(shè)發(fā)射電極和無窮遠(yuǎn)電極。盡可能降低井下潮濕環(huán)境對(duì)數(shù)據(jù)采集和分析的干擾，以提高探測精度和質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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